第4章-摩擦磨損潤滑

第四章

摩擦磨損及潤滑概述

摩擦（friction）——在正壓力作用下，相互接觸的兩物體受切向力作用而發(fā)生相對滑動（或有相對滑動趨勢）時，接觸面上產(chǎn)生阻礙滑動的阻力的現(xiàn)象。摩擦力（frictionforce）——摩擦?xí)r產(chǎn)生的阻力磨損（wear）——摩擦?xí)r，摩擦表面材質(zhì)損失或轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。一、基本概念2/4/2023摩擦磨損潤滑概述潤滑（lubrication）——摩擦界面添加介質(zhì)（油、脂等），以減小摩擦、磨損，降低材料消耗，保證機(jī)器可靠工作的現(xiàn)象。摩擦學(xué)（tribology）——研究有關(guān)摩擦、磨損、潤滑的一門科學(xué)和技術(shù)。二、摩擦1、分類①

按物體是否有運動分靜摩擦（staticalfriction）——僅有相對滑動趨勢時的摩擦；2/4/2023摩擦磨損潤滑概述動摩擦（kineticfriction）——有相對滑動的摩擦。②

按運動形式分滑動摩擦（slidingfriction）——兩表面以相對滑動為主的摩擦；滾動摩擦（rollingfriction）——兩表面以滾動為主的摩擦。③

按摩擦界面間的潤滑劑情況分干摩擦(dryfriction)——不加任何添加劑的摩擦，這種摩擦事實上不存在，因為兩表面間總有油污、氧化膜等，所以，一般以不是有意加添加劑的摩擦。2/4/2023摩擦磨損潤滑概述流體摩擦（fluidfriction）——摩擦表面被一層流體隔開，摩擦性質(zhì)取決于流體內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦；邊界摩擦（boundaryfriction）——兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，其性質(zhì)取決于吸附膜性質(zhì)的摩擦；混合摩擦（mixedfriction）——上述任何兩種及以上摩擦共存的摩擦。2/4/2023摩擦磨損潤滑概述幾種摩擦的界限常以膜厚比來大致估計：式中：hmin——最小公稱油膜厚度，mRq1——接觸表面輪廓的均方根偏差，mRq2——接觸表面輪廓的均方根偏差，m≤1，邊界摩擦；＝1～3，混合摩擦；＞3，流體摩擦2/4/2023摩擦磨損潤滑概述2、干摩擦庫侖定律：Ff＝fFn①簡單粘著理論1945年由鮑登（FP.Bowden）等人提出

摩擦副接觸只是部分峰頂接觸

真實接觸面積Ar很小接觸點達(dá)到塑性流動接觸點被冷焊在一起分開結(jié)點的力就是摩擦力：Ff＝ArτB2/4/2023摩擦磨損潤滑概述②修正粘著理論接觸區(qū)域同時存在壓應(yīng)力和切應(yīng)力，材料的屈服極限必須由復(fù)合應(yīng)力來確定

Fn的作用Ari

切向力Ff

Ari+ΔAri節(jié)點增長2/4/2023摩擦磨損潤滑概述③

分子吸引理論兩個界面接觸分子作用分子鍵力兩個界面發(fā)生相對運動剪斷分子鍵摩擦力2/4/2023摩擦磨損潤滑概述④分子——機(jī)械理論

摩擦力是摩擦面實際接觸區(qū)內(nèi)的粘著作用和表面不平度凸峰的犁刨作用

Fs——摩擦中的粘著分量（粘著阻力）Fp——摩擦中的機(jī)械分量（犁削阻力）pe——單位面積的犁溝力s——犁溝面積

2/4/2023摩擦磨損潤滑概述3、邊界摩擦①

物理吸附膜f較低，熔點低，只能在低速輕載下起潤滑作用。②

化學(xué)吸附膜有較低的剪切強(qiáng)度，較高的熔點，能在較高的速度和載荷下起潤滑作用。2/4/2023摩擦磨損潤滑概述③

化學(xué)反應(yīng)膜具有低的剪切強(qiáng)度和高的熔點，可在十分惡劣的條件下起潤滑作用。油性——物理吸附膜、化學(xué)吸附膜的潤滑性能極壓性——化學(xué)反應(yīng)膜的潤滑性能。4、流體摩擦當(dāng)潤滑油量多到一定程度，形成的油膜厚度大到超過能將兩個表面接觸的微凸體完全分開，此時，沒有金屬的直接接觸，潤滑性能取決于潤滑油本身的性質(zhì)。2/4/2023摩擦磨損潤滑概述5、混合摩擦隨著摩擦面間油膜厚度的增大，表面微凸體直接接觸的數(shù)量在減少，而油膜承載能力的比重在加大，有些部位呈現(xiàn)干摩擦，有些部位呈現(xiàn)邊界摩擦，有些部位呈現(xiàn)液體摩擦，這種狀態(tài)稱為混合摩擦。三、

磨損磨損：摩擦過程帶來了表面材料的喪失和轉(zhuǎn)移磨損可造成零件的失效，占總失效的70%——80%。2/4/2023摩擦磨損潤滑概述磨損帶來的危害：①影響零件的運動質(zhì)量；②改變了零件的尺寸；③降低了零件的可靠性。

1、按磨損階段分①

跑合(running-in)磨損階段跑合的目的：磨掉不平高峰，增大接觸面積，提高承載能力。磨合是逐漸加載、逐漸提速的過程。穩(wěn)定磨損跑合磨損急劇磨損時間磨損量穩(wěn)定磨損跑合磨損急劇磨損時間磨損率2/4/2023摩擦磨損潤滑概述②

穩(wěn)定磨損階段磨損以平穩(wěn)而緩慢的速度進(jìn)行，標(biāo)志磨損條件保持相對穩(wěn)定。③

急劇磨損階段經(jīng)過穩(wěn)定磨損階段，零件工作到壽命期，磨損速度加快。設(shè)計或使用機(jī)器，要力求縮短磨合期、延長穩(wěn)定磨損期、推遲急劇磨損期的到來。2/4/2023摩擦磨損潤滑概述2、按磨損類型分①

粘著磨損（adhesivewear）摩擦表面的微凸體在相互作用的各處發(fā)生“冷焊”后，在相對滑動過程中，材料從一個表面遷移到另一個表面的現(xiàn)象。減輕粘著磨損的措施a、合理選擇配對摩擦副材料，選擇粘著傾向小的配對材料；b、采用油性、極壓性好的潤滑劑；c、限制摩擦表面的溫度；d、控制壓強(qiáng)。2/4/2023摩擦磨損潤滑概述②

磨料磨損（abrasivewear）從外部進(jìn)入摩擦面間的游離硬顆粒或硬的微凸體峰尖在較軟材料的表面上犁刨出很多溝紋的現(xiàn)象。QHaHa<HmHa≈HmHa>HmHa磨料硬度Hm材料硬度影響磨料磨損速率的因素：材料的硬度Hm；磨料的硬度Ha。2/4/2023摩擦磨損潤滑概述③

疲勞磨損（fatiguewear）零件受交變接觸應(yīng)力的反復(fù)作用，在零件工作表面或表面下一定深度處形成疲勞裂紋，隨著裂紋的擴(kuò)展與相互連接，將造成顆粒從零件工作表面上脫落，形成疲勞坑的現(xiàn)象——點蝕。影響疲勞磨損的因素：表面光潔度；潤滑油粘度；零件表面的硬度和芯部的硬度。2/4/2023摩擦磨損潤滑概述④

腐蝕磨損（corrosivewear）摩擦過程中，零件摩擦副與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的磨損。影響腐蝕磨損的主要因素介質(zhì)的酸堿性；零件表面生成的氧化膜性質(zhì)；環(huán)境溫度。2/4/2023摩擦磨損潤滑概述⑤

沖蝕磨損（erosionwear）

含有硬質(zhì)微粒的液體沖擊到固體表面所造成的磨損。影響因素：微粒與固體表面的摩擦系數(shù)；微粒的沖擊速度；微粒沖擊速度的方向與固體表面所夾角。⑥

微動磨損（frettingwear）緊聯(lián)接表面在循環(huán)變應(yīng)力、振動、接觸面產(chǎn)生的彈性變形差異等引起的磨損。2/4/2023摩擦磨損潤滑概述四、

潤滑（lubrication）降低摩擦、減輕磨損；保護(hù)零件不被銹蝕；散熱降溫（循環(huán)油）；緩沖吸振（液體不可壓縮性）；密封（潤滑脂）。1、潤滑的作用2、潤滑劑（lubricant）及主要指標(biāo)（1）

潤滑油（lubricatingoil）動物油、植物油、礦物油、化學(xué)合成油2/4/2023摩擦磨損潤滑概述①

粘度（viscosity）流體抵抗變形的能力，標(biāo)志著流體內(nèi)部摩擦阻力的大小，即粘度大，流動性差。粘性流體摩擦定律：A板以速度V運動，B板靜止不動，則貼近A板的流體以速度V運動，貼近B板的流體靜止，流體的運動是層流，各層之間存在